DE3752314T2 - Verkleinerndes Projektionsbelichtungssystem des Reflexionstyps für Röntgenstrahlung - Google Patents
Verkleinerndes Projektionsbelichtungssystem des Reflexionstyps für RöntgenstrahlungInfo
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
- G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
- G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsbelichtungsvorrichtung, insbesondere auf ein verkleinerndes Röntgen-Projektionsbelichtungssystem des Reflexionstyps und ein verkleinerndes Röntgen-Abbildungssystem, die insbesondere zur Ausführung des Hochauflösungsdruckens nutzbar sind.
- Auf dem Gebiet der Halbleiterschaltungsherstellung sind zum Drucken eines Schaltungsmusters von einer Maske oder einem Retikel auf einen Wafer Belichtungsvorrichtungen wie zum Beispiel ein Maskenausrichter und Schritteinrichtungen in breiter Anwendung.
- Der jüngste Trend zur hohen Dichte der Halbleiterchips wie zum Beispiel bei integrierten Schaltungen und LSI-Schaltungen steigert den Bedarf an einer Belichtungsvorrichtung, die zum Drucken mit sehr hoher Auflösung geeignet ist. Verschiedene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind vorgenommen worden, um eine Belichtungsvorrichtung zu schaffen, welche das vor kurzem eingesetzte Tief-UV-Licht ersetzen kann. Im allgemeinen wird bei den Belichtungsvorrichtungen dieses Typs, insbesondere bei Projektionsbelichtungsvorrichtungen wie zum Beispiel Schritteinrichtungen die durch das Auflösungsvermögen repräsentierte minimale Linienbreite, welche mittels der Vorrichtung druckbar ist, durch die Wellenlänge des genutzten Lichts und eine numerische Apertur des optischen Projektionssystems bestimmt.
- Was die numerische Apertur anbelangt, so steigt die Auflösung mit dem Anstieg der numerischen Apertur, aber der Anstieg der numerischen Apertur führt zu einer kürzeren Tiefenschärfe, mit dem Ergebnis, daß das zu druckende oder zu übertragende Bild aufgrund einer sehr geringen Defokussierung unscharf ist. Aus diesem Grund wird vom Standpunkt der optischen Gestaltung her eingeschätzt, daß die Erzielung einer hohen Auflösung durch Änderung der numerischen Apertur schwierig ist. In Hinsicht darauf sind Anstrengungen unternommen worden, die hohe Auflösung durch Nutzung eines Strahls, der durch einen Excimerlaser oder dergleichen erzeugt wird, und Röntgenstrahlen, welche eine relativ kurze Wellenlänge haben, als Projektionsenergiestrahl zu bewerkstelligen. Bei der Röntgenbelichtungsvorrichtung wird insbesondere angenommen, daß sie eine Belichtungsvorrichtung der nächsten Generation ist, und es ist eine Röntgenbelichtungsvorrichtung eines naheliegenden Typs vorgeschlagen worden.
- Die vor kurzem vorgeschlagene Röntgenbelichtung des naheliegenden Typs ist jedoch in der Hinsicht, daß die Auflösung für eine Ultra-LSI wie zum Beispiel einen 64 Megabit DRAM oder höhere Dichte, welche eine sehr hohe Auflösung in der Größenordnung von Submikron erfordert, nicht ausreicht, nicht zufriedenstellend. Ein anderes Problem besteht darin, daß ein höchst genaues Muster auf einer Maske ausgebildet werden muß.
- Ein Artikel mit dem Titel "Feasibility Study on the Extreme UV/Soft X-Ray Projektion-type Lithography" von K Hoh u. a. (Bulletin of the Electrotechnical Laboratory, Bd. 49, Nr. 12, 1985, Seiten 47 bis 54) offenbart in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff der Ansprüche eine verkleinernde Röntgenprojektionsbelichtungsvorrichtung mit einem Maskentisch zum Halten einer Maske, einem Wafertisch zum Halten eines Wafers und einem Reflexions-Abbildungssystem, das die Röntgenstrahlen von der Maske entgegennimmt und diese auf den Wafer richtet, um den Wafer mit dem Muster der Maske zu belichten, wobei das Reflexions-Abbildungssystem eine Vielzahl von gekrümmten Spiegeln aufweist, die mit mehrlagigen Schichten zur Reflexion der Röntgenstrahlen beschichtet sind, um ein Bild auszubilden, wobei die Vielzahl der gekrümmten Spiegel einen ersten konkaven Spiegel, einen konvexen Spiegel und einen zweiten konkaven Spiegel aufweist, die optisch in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.
- Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der konkaven Spiegel eine torische reflektierende Oberfläche zur Korrektur von Aberrationen hat, daß der konvexe Spiegel als eine Aperturblende dient, daß die Vielzahl von gekrümmten Spiegeln entweder koaxial mit einer Systemachse angeordnet ist oder die Vielzahl von gekrümmten Spiegeln im allgemeinen koaxial mit einer Systemachse angeordnet ist und mindestens einer der konkaven Spiegel, der erste und/oder der zweite konkave Spiegel und/oder der konvexe Spiegel mit Bezug auf die Systemachse für weitere Aberrationskorrekturen geringfügig geneigt ist, und daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
- 0,9 < r&sub2; / r&sub1; + r&sub2; / r&sub3; < 1,1
- wobei r&sub1;, r&sub2; & r&sub3; die paraxialen Krümmungsradien des ersten konkaven Spiegels, des konvexen Spiegels bzw. des zweiten konkaven Spiegels sind.
- Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
- Fig. 1 veranschaulicht auf schematische Weise eine Abbildungsanordnung eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystems eines Reflexionstyps, das bei einer Belichtungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anwendbar ist,
- Fig. 2 und 3 sind grafische Darstellungen, die Prinzipien des in Fig. 1 gezeigten Abbildungssystems erklären,
- Fig. 4 veranschaulicht eine Bildanordnung von Hauptabbildungselementen des Abbildungssystems gemäß Fig. 1 unter Nutzung eines mehrlagigen reflektierenden Spiegels,
- Fig. 5 veranschaulicht eine Abbildungsfläche des in Fig. 4 gezeigten Abbildungssystems,
- Fig. 6 zeigt Beispiele von Astigmatismus und Verzerrung bei dem in Fig. 1 gezeigten Abbildungssystem,
- Fig. 7 zeigt ein Beispiel von lateralen Aberrationen bei verschiedenen Bildhöhen bei dem in Fig. 1 gezeigten Abbildungssystem,
- Fig. 8 veranschaulicht den Grund, warum der Beleuchtungsstrahl bezüglich der in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigten Maske nicht senkrecht auftrifft,
- Fig. 9 zeigt eine Anordnung eines Reflexionsabbildungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches für ein System geeignet ist, bei welchem der Wafer schrittweise bewegt wird, während er mit einem Muster belichtet wird,
- Fig. 10 zeigt eine optische Anordnung eines Abbildungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine Maske des transparenten Typs in dem Abbildungssystem gemäß Fig. 9 durch eine Maske vom Reflexionstyp ersetzt ist,
- Fig. 11 zeigt eine Anordnung eines Abbildungssystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem von einer SOR (Synchrotronorbitalstrahlungs-) Quelle horizontal ankommende Röntgenstrahlen mittels eines reflektierenden Spiegels total reflektiert werden und abtastend reflektiert werden,
- Fig. 12 zeigt eine Anordnung eines Abbildungssystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem eine Maske geringfügig aus einer vertikalen Position geneigt ist,
- Fig. 13 zeigt eine Anordnung eines Abbildungssystems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem eine Maske und ein Wafer parallel zueinander und vertikal angeordnet sind und der Wafer schrittweise bewegt wird, während er mit einem Muster belichtet wird,
- Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines verkleinernden Röntgenprojektionsbelichtungssystems vom Reflexionstyp gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein in Fig. 9, 11 oder 12 gezeigten Abbildungssystem angewandt wird,
- Fig. 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 genutzten Wafertischs.
- In Fig. 1 ist ein verkleinerndes Röntgenprojektionsabbildungssystem eines Reflexionstyps gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der Figur ist eine Objektebene, in welcher eine Maske oder dergleichen plaziert ist, durch Bezugszeichen MS bezeichnet und eine Bildebene, in welcher ein Wafer oder dergleichen plaziert ist, ist durch Bezugszeichen WF bezeichnet. Das Projektionsabbildungssystem weist Reflexionsspiegel M1, M2 und M3 auf, die eine mehrlagige Schicht zum Reflektieren von Röntgenstrahlen aufweisen, um ein Bild in einem verkleinerten Maßstab auszubilden, wobei die mehrlagige Schicht durch Bezugszeichen R1, R2 bzw. R3 bezeichnet ist. Die Abstände zwischen diesen Elementen sind wie folgt bezeichnet:
- d&sub1;: ein Ebenenabstand zwischen den reflektierenden Spiegeln M1 und M2
- d&sub2;: ein Ebenenabstand zwischen den reflektierenden Spiegeln M2 und M3
- l&sub1;: ein Abstand zwischen einem reflektierenden Spiegel M1 und dem Objekt, d. h. der Maske MS
- l&sub2;: ein Abstand zwischen dem reflektierenden Spiegel M1 und der Bildebene, d. h. dem Wafer WS.
- Diese Abmessungen sind die entlang einer Abbildungsachse O gemessenen Abstände.
- Folglich wird das in Fig. 1 und 2 gezeigte verkleinernde Röntgenprojektionsabbildungssystem vom Reflexionstyp durch den konkaven reflektierenden Spiegel M1, den konvexen reflektierenden Spiegel M2 und den konkaven reflektierenden Spiegel M3 in der von der Maske MS aus gebildeten Reihenfolge gebildet. Das Abbildungssystem dient dazu, ein Schaltungsmuster der Maske MS in einem verkleinerten Maßstab auf den Wafer WF, insbesondere auf ein Resist zu projizieren, das auf die Oberfläche des Wafers WF aufgetragen ist.
- Die Hauptspezifizierungen, die gewöhnlich für ein Projektionsabbildungssystem erforderlich sind, welches die in Fig. 1 und 4 gezeigte Oberflächenprojektion in einer Belichtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Ultra-LSI-Schaltung (64 Megabit oder 256 Megabit) ausführt, beinhalten eine Ultrahochauflösung, eine große Größe der Bildebene und keine Verzerrung. Im Fall von 64 Megabit sind die minimale Linienbreite von 0,35 um und die Bildebenengröße von 28 · 10 mm² erforderlich, und im Fall von 256 Megabit sind die minimale Linienbreite von 0,25 um und die Bildebenengröße von 40 · 20 mm² erforderlich. Diese Anforderungen widersprechen im allgemeinen einander, und herkömmliche Abbildungssysteme erfüllen diese Anforderungen und Spezifikationen nicht gleichzeitig.
- Um eine große Bildebenengröße zu erzielen, was am wichtigsten ist, muß die Ebenheit oder Planheit der Bildebene ausgezeichnet sein bzw. die Krümmung der Bildebene auf zufriedenstellende Weise korrigiert werden. In Hinsicht auf diese Tatsache erfüllen der paraxiale Krümmungsradius r&sub1;, r&sub2; und r&sub3; des konkaven Spiegels M1, des konvexen Spiegels M2 und des konkaven Spiegels M3 bei dem Projektionsabbildungssystem gemäß Fig. 1 folgende Bedingung:
- 0,9 < r&sub2;/r&sub1; + r&sub2;/r&sub3; < 1,1... (1)
- Dies ist die Bedingung zur Reduzierung der Petzval-Summe (1/r&sub1; - 1/r&sub2; + 1/r&sub3;). Wenn diese nicht erfüllt ist, ist es schwierig, eine notwendige Auflösung über die gesamte Größe der Bildebene zu erzielen, so daß die vorhergehend beschriebenen Spezifizierungen nicht erfüllt sind. Die Petzval-Summe 1/r&sub1; - 1/r&sub2; + 1/r&sub3; erreicht 0, wenn r&sub2;/r&sub1; + r&sub2;/r&sub3; 1 erreicht. Deshalb ist der Idealfall r&sub2;/r&sub1; + r&sub2;/r&sub3; = 1. Um die vorhergehend beschriebenen Spezifikationen zu erfüllen, ist es notwendig, daß noch andere Aberrationen als die Krümmung der Bildebene oder die Bildfeldkrümmung, insbesondere die sphärische Aberration, die Koma, der Astigmatismus und die Verzerrung auf zufriedenstellende Weise korrigiert werden. Bei dem Projektionsabbildungssystem gemäß Fig. 1 werden diese Aberrationen durch Reflexion des Strahls von dem Objekt durch den konkaven Spiegel M1, den konvexen Spiegel M2 und den konkaven Spiegel M3 in dieser Reihenfolge und durch Angabe einer Funktion einer Aperturblende zum konvexen Spiegel M2 korrigiert. Zusätzlich hat mindestens einer der Spiegel, der konkave Spiegel M1 und/oder M3 und/ oder der konvexe Spiegel M2 eine torische oder nicht sphärische Spiegeloberfläche, um die Korrektur dieser Aberrationen weiter zu verbessern. Nicht-sphärische Oberflächen der konkaven Spiegel M1 und M3 sind insbesondere zur Verbesserung der Abbildungsleistung wünschenswert. Das Projektionsabbildungssystem gemäß Fig. 1 hat, um insbesondere die vorhergehend diskutierten Aberrationen, z. B. die Seidelsche Fünfer-Aberration zu korrigieren, paraxiale Krümmungsradien der konkaven Spiegel M1 und M3 und des konvexen Spiegels M2, welche derart festgelegt sind, daß eine geringe Petzvalsumme erreicht wird, während die Ebenenabstände zwischen den Elementen derart festgelegt sind, daß die Verzerrung korrigiert wird, und die Koma, der Astigmatismus und die sphärische Aberration unter Nutzung der nichtsphärischen Oberflächen korrigiert werden.
- Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die eine Relation zwischen einer geometrischen Aberration eines Abbildungssystems und einer effektiven Blendenzahl zeigt. Als ein Repräsentant der geometrischen Aberrationen wird eine laterale sphärische Aberration LSA hergenommen. Die laterale sphärische Aberration ist umgekehrt proportional zu einer dritten Potenz der effektiven Blendenzahl, insbesondere:
- LSA = K/F³ ...(2)
- F: die effektive Blendenzahl
- K: eine Konstante
- In Fig. 2 ist die Relation in Form einer doppeltlogarithmischen Darstellung ausgedrückt.
- Die Konstante K bedeutet im wesentlichen den Wert der lateralen sphärischen Aberration, wenn die effektive Blendenzahl 1 ist. Der Wert der Konstante K ändert sich in Abhängigkeit von der Anzahl der das Abbildungssystem bildenden Linsen (Spiegel), dem Typ des Abbildungssystems und der Gestaltung des Abbildungssystems.
- Bei einer herkömmlichen optischen Stufeneinrichtung wird eine Anzahl von Linsen (nicht weniger als 10) benutzt, um die Konstante K von ungefähr 1 Mikron zu gewährleisten.
- Bei einem Reflexions-Abbildungssystem für Röntgenstrahlen wie in diesem System ist jedoch die Anzahl von genutzten Spiegeln so gering wie möglich, um die Menge von nutzbaren Strahlen zu erhöhen, da die durch den Spiegel absorbierte Rate hoch ist.
- Im Fall des Abbildungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Konstante, wenn die Anzahl der Spiegel 3-5 beträgt, ungefähr 100 mal so hoch wie im herkömmlichen Fall, d. h. die Konstante K hat die Größenordnung von 100 Mikron.
- Das Abbildungssystem mit der Konstante K von 100 Mikron hat die Merkmale der in der Grafik gemäß Fig. 2 durch "K = 100 Mikron" bezeichneten Linie. Deshalb ist es verständlich, daß es, um die laterale sphärische Aberration bei dem Abbildungssystem auf nicht mehr als 0,35 Mikron abzusenken, erforderlich ist, daß die effektive Blendenzahl aus Gleichung (2) nicht weniger als 6,6 beträgt.
- Mit dem Anstieg der Blendenzahl steigt jedoch der Betrag der Unschärfe aufgrund von Beugungserscheinungen. Der Radius der Unschärfe aufgrund der Beugung wird durch einen Beugungsscheibchen-Radius r&sub0; wie folgt repräsentiert:
- r = 1,22 F λ...(3)
- F: die effektive Blendenzahl
- λ: die Wellenlänge
- Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, welche die Relation der Gleichung (3) in einem doppeltlogarithmischen Maßstab für drei Werte von Radien r&sub0; repräsentiert. Gemäß dieser grafischen Darstellung, wird die Kombination der effektiven Blendenzahl F und der Wellenlänge λ innerhalb des Bereichs unterhalb der untersten Linie gewählt, wenn es erforderlich ist, daß r&sub0; < 0,35 um.
- Um eine geforderte Auflösung zu erzielen, verhält sich somit das Abbildungssystem derart, daß die in Fig. 2 gezeigte geometrische Aberration und die in Fig. 3 gezeigte Unschärfe aufgrund der Beugung beide unterhalb der Toleranzen sind.
- Beispielsweise ergibt bei dem Abbildungssystem mit der Konstante K von 100 um, um die Leistung von LSA < 0,35 um und < 0,35 um zu erfüllen, die grafische Darstellung gemäß Fig. 2 F > 6,6, und somit ergibt die grafische Darstellung gemäß Fig. 3 die Kombination der effektiven Blendenzahl und der Wellenlänge innerhalb des gestrichelten Bereichs. Jedoch ist bei diesem als Beispiel dienenden Abbildungssystem, wenn das Licht im sichtbaren Bereich genutzt wird, der Einfluß durch die Beugung zu groß, so daß die Auflösung in der Größenordnung von Submikron nicht erreicht werden kann. Deshalb wird die Auflösung in der Größenordnung von Submikron unter Nutzung der Strahlung innerhalb des Bereichs der weichen Röntgenstrahlung kurzer Wellenlänge erzielt. Obgleich bei dem Abbildungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine geringe Anzahl von Spiegeln benutzt wird, ist es folglich möglich, im Wellenlängenbereich weicher Röntgenstrahlung die geometrischen Aberrationen und die Unschärfe aufgrund von Beugung auf nicht mehr als Submikrons zu reduzieren.
- Fig. 4 zeigt eine Anordnung, welche die Hauptteile des Abbildungssystems gemäß Fig. 1 beansprucht, wobei die reflektierenden Spiegel mehrlagige reflektierende Schichten haben.
- Das in Fig. 1 und 4 gezeigte verkleinernde Projektionsabbildungssystem eines Refraktionstyps ist im wesentlichen ein koaxiales Abbildungssystem, und nur eine halbe Spiegelfläche jedes konkaven Spiegels M1 und M3 wird genutzt. Es ist möglich, daß mindestens einer der Spiegel, der konkave Spiegel M1 und/oder M3 und/oder der konvexe Spiegel M2, aus der koaxialen Beziehung abweicht, um mit Bezug auf die Systemachse O geringfügig geneigt zu sein, wodurch die Korrektur der Aberrationen weiter verbessert wird.
- In Fig. 5 ist die Bildebene des Abbildungssystems gemäß Fig. 4 erklärt, wobei das Bezugszeichen y eine Bildhöhe, ymax eine maximale Bildhöhe, ymin eine minimale Bildhöhe repräsentiert. Normalerweise wird der Bereich ymin < y < ymax als die Bildebene oder -fläche genutzt. Die diesen Bereich erreichende Strahlung ist im wesentlichen frei von Ekliptik und deshalb kann eine einheitliche Verteilung der Strahlungsmenge mit dem Vignettierungsfaktor von 100% versehen sein. Gemäß Fig. 5 hat die als Beispiel dienende nutzbare Bildebene unter der Bedingung, daß das Verhältnis der langen Seite und der kurzen Seite 2 : 1 ist, den maximalen rechtwinkligen Bereich. Selbstverständlich werden die verschiedenen vorhergehend diskutierten Aberrationen auf zufriedenstellende Weise korrigiert. Wenn die Bildebene genutzt wird, die eine solche rechtwinklige Konfiguration hat, ist die kurze Seite der rechtwinkligen Konfiguration durch ymax - ymin gegeben, und die lange Seite ist durch
- gegeben.
- Die entsprechenden reflektierenden Oberflächen der konkaven Spiegel M1 und M3 und des konvexen Spiegels M2 des Projektionsabbildungssystems gemäß Fig. 4 sind mit reflektierenden Schichten zur effizienten Reflexion von Röntgenstrahlen beschichtet. Jede der reflektierenden Schichten ist durch mehrere Dutzend Lagen gebildet. Das Reflexionsvermögen wird im Vergleich zu dem reflektierenden Spiegel ohne die reflektierende Schicht sehr stark verbessert. Die mehrlagige reflektierende Schicht kann durch eine Kombination von solchen verschiedenen Materialien derart gebildet werden, daß die Differenz in den Brechungskoeffizienten der angrenzenden Lagen groß ist, kann zum Beispiel eine mehrlagige Schicht, die ein Halbleiterelement und ein Übergangsmetallelement mit einem hohen Schmelzpunkt enthält, eine mehrlagige Schicht, die ein Metallelement mit niedrigem Schmelzpunkt und ein Halbleiterelement oder ein Leichtmetallelement enthält, oder eine mehrlagige Schicht sein, die ein Weißmetallelement und ein Halbleiterelement enthält. Bespiele von Kombinationen sind insbesondere Wolfram W und Kohlenstoff C, Tantal Ta und Silizium Si, Gold Au und Kohlenstoff C, Rhenium Re und Kohlenstoff C, Blei Pb und Silizium Si, Ruthenium Ru und Silizium Si, Palladium Pd und Silizium Si, Rhodium Rh und Silizium Si, Ruthenium Ru und Beryllium Be, Ruthenium Ru und Bor B, Rhodium Rh und Bor B, Palladium Pd und Bor B.
- Es werden Beispiele der mehrlagigen reflektierenden Schicht beschrieben. Im folgenden werden die verschiedenen Materialien, welche die mehrlagige Schicht bilden, "erstes Material" und "zweites Material" genannt.
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 36,4 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 23,5 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen
- (Einfallswinkel: 0 Grad (senkrecht)):
- 38,6%, ohne eine Schutzschicht,
- 37,9%, mit einer Schutzschicht aus C, welche die Dicke von 5 Angström auf der oberen Lage hat.
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 39,1 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 25,2 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad):
- 40,1%, ohne eine Schutzschicht,
- 39,4%, mit einer Schutzschicht aus C, welche die Dicke von 5 Angström auf der oberen Lage hat.
- Erstes Material: Pd
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 31,3 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 28,0 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 26,1%
- Erstes Material: Pd
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 33,3 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 30,1 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad): 26,7%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Be
- Schichtdicke des ersten Mat.. 26,6 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 30,6 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 77,2%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Be
- Schichtdicke des ersten Mat.: 27,4 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 33,4 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad): 79,9%
- Erstes Material: Rh
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 33,4 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 23,4 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 33,2%
- Erstes Material: Rh
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 48,2 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 28,8 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 40 Grad): 38,7%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 20,1 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 21,8 Angström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 18,0%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 21,3 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 23,4 Angström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad): 21,6%
- Erstes Material: Rh
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 20,0 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 21,9 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 15,7%
- Erstes Material: Rh
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 21,0 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 23,6 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad): 18,8%
- Erstes Material: Rh
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 19,4 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 22,4 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 0 Grad): 13,2%
- Erstes Material: Rd
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 20,6 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 24,0 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 20 Grad): 15,7%
- Die vorhergehend beschriebenen mehrlagigen reflektierenden Schichten sind für Röntgenstrahlen bestimmt, die eine Wellenlänge im Bereich von 80 bis 120 Ängström haben. Mehrlagige reflektierende Schichten für den Röntgenstrahlung außerhalb dieses Bereichs können jedoch von Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik unter Berücksichtigung der vorhergehenden Ausführungen durch geeignete Auswahl einer Kombination der vorhergehend beschriebenen Materialien erzielt werden. In den vorhergehenden Beispielen ist jedes der ersten und zweiten Materialien aus einem einzelnen Element gebildet, aber es kann ein Syntheseprodukt aus mehreren Elementen sein.
- Es werden Beispiele von Dimensionen des in Fig. 1 und 4 gezeigten Projektionsabbildungssystems beschrieben. Es ist bei dem Abbildungssystem zu bevorzugen, daß mindestens einer der Spiegel, der konkave Spiegel M1 und/oder M3 und/ oder der konvexe Spiegel M2 eine nicht sphärische reflektierende Oberfläche hat, und deshalb haben die zu beschreibenden Beispiele mindestens einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel.
- Im folgenden ist "Ki" (i = 1, 2, 3) eine nicht sphärische Ausführung der i-ten Oberfläche, gezählt von der Objektseite aus, welche durch die folgende Gleichung repräsentiert werden kann:
- X: Koordinate in Systemachsenrichtung
- H: ein Abstand in der Richtung senkrecht weg von der Systemachse
- ri (i = 1, 2, 3): paraxialer Krümmungsradius der i-ten Oberfläche, von der Objektseite aus gezählt,
- l&sub1;: Abstand zwischen dem konkaven Spiegel M1 und der Maske MS
- l&sub2;: Abstand zwischen dem reflektierenden Spiegel M1 und dem Wafer WF
- d&sub1;: Ebenenabstand zwischen dem konkaven Spiegel M1 und dem konvexen Spiegel M2
- d&sub2;: ein Ebenenabstand zwischen dem konvexen Spiegel M2 und dem konkaven Spiegel M3.
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 30
- Bildfeldgröße: 28 · 14 mm, Auflösung: 0,35 Mikron
- Bildhöhe: 5-24 mm
- l&sub1; = -1288,7 mm
- l&sub2; = -298,9 mm
- r&sub1; = -635,99 mm
- d&sub1; = -165,00 mm
- r&sub2; = -213,51 mm
- d&sub2; = 165,00 mm
- r&sub3; = -321,40 mm
- K&sub1; = -2,26097
- K&sub2; = -0,12295
- K&sub3; = 0,11246
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0 ... 85% Wellenlänge = 13,3 Ängström... % Verzerrung = -0,3%
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 30
- Bildfeldgröße: 40 · 20 mm, Auflösung: 0,25 um
- Bildhöhe: 10-40 mm
- l&sub1; = -2577, 4 mm
- l&sub2; = -597,9 mm
- r&sub1; = -1271, 98 mm
- d&sub1; = -330,00 mm
- r&sub2; = -427,01 mm
- d&sub2; = 330,00 mm
- r&sub3; = -642,81 mm
- K&sub1; = -2, 26097
- K&sub2; = -0, 12295
- K&sub3; = 0,11246
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 2000 lp/mm) Wellenlänge = 0... 75% Wellenlänge = 13,3 Angström... 75% Verzerrung = -0,24%
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 15
- Bildfeldgröße: 28 · 14 mm, Auflösung: 0,35 Mikron
- Bildhöhe: 20-37 mm
- l&sub1; = -2577,4 mm
- l&sub2; = -597,9 mm
- r&sub1; = -1271,98 mm
- d&sub1; = -330,00 mm
- r&sub2; = -427,01 mm
- d&sub2; = 330,00 mm
- r&sub3; = -642,81 mm
- K&sub1; = -2,26097
- K&sub2; = -0,12295
- K&sub3; = 0,11246
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0... 70% Wellenlänge = 13,3 Ängström... 70% Wellenlänge = 100 Ängström... 60% Wellenlänge = 200 Ängström... 40%- Verzerrung = -0,2%
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 13
- Bildfeldgröße: 28 · 14 mm, Auflösung: 0,35 um
- Bildhöhe: 20-37 mm
- l&sub1; = -3000,0 mm
- l&sub2; = -602,5 mm
- r&sub1; = -1181,91 mm
- d&sub2; = -449,68 mm
- r&sub2; = -325,97 mm
- d&sub2; = 210,01 mm
- r&sub3; = -448,92 mm
- K&sub1; = -0,94278
- K&sub2; = -0,07146
- K&sub3; = 0,14283
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0... 80% Wellenlänge = 13,3 Ängström... 80% Wellenlänge = 100 Ängström... 65% Wellenlänge = 200 Ängström... 45% Verzerrung = nicht mehr als -0,00005%
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 13
- Bildfeldgröße: 40 · 20 mm, Auflösung: 0,25 Mikron
- Bildhöhe: 27-52 mm
- l&sub1; = -4500,0 mm
- l&sub2; = -903,6 mm
- r&sub1; = -1772,60 mm
- d&sub1; = -674,44 mm
- r&sub2; = -488,89 mm
- d&sub2; = 315,17 mm
- r&sub3; = -673,46 mm
- K&sub1; = -0,94301
- K&sub2; = -0,08049
- K&sub3; = 0,14261
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 2000 lp/mm) Wellenlänge = 0... 50% Wellenlänge = 13,3 Ängström... 50% Wellenlänge = 100 Ängström... 40% Wellenlänge = 200 Ängström... 35% Verzerrung = nicht mehr als -0,00004%
- Vergrößerung: 1/5, Effektive Blendenzahl: 13
- Bildfeldgröße: 28 · 14 mm, Auflösung: 0,35 um
- Bildhöhe: 20-37 mm
- l&sub1; = -3000, 0 mm
- l&sub2; = -602,7 mm
- r1 = -1182,14 mm
- d&sub1; = -449,96 mm
- r&sub2; = -325,53 mm
- d&sub2; = 210,66 mm
- r&sub3; = -449,22 mm
- K&sub1; = -0,93900
- K&sub2; = 0 (sphärisch)
- K&sub3; = 0,14403
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0... 60% Wellenlänge = 13,3 Ängström... % Wellenlänge = 100 Ängström... 55% Wellenlänge = 200 Ängström... 45% Verzerrung = nicht mehr als -0,01 um
- Vergrößerung: 1/2, Effektive Blendenzahl: 26
- Bildfeldgröße: 34 · 17 mm, Auflösung: 0,35 Mikron
- Bildhöhe: 40-60 mm
- l&sub1; = -1431,1 mm
- l&sub2; = -719,0 mm
- r&sub1; = -847,10 mm
- d&sub1; = -263,73 mm
- r&sub2; = -309,30 mm
- d&sub2; = 130,56 mm
- r&sub3; = -486,35 mm
- K&sub1; = -1,72866
- K&sub2; = -1,60435
- K&sub3; = -0,78100
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0... 80% Wellenlänge = 13,3 Ängström... % Wellenlänge = 100 Ängström 45% Wellenlänge = 200 Ängström... 14% Verzerrung = 0,1 Mikron
- Vergrößerung: 1, Effektive Blendenzahl: 39
- Bildfeldgröße: 36 · 18 mm, Auflösung: 0,35 um
- Bildhöhe: 70-90 mm
- l&sub1; = -934,6 mm
- l&sub2; = -1054,2 mm
- r&sub1; = -834,76 mm
- d&sub1; = -266,67 mm
- r&sub2; = -306,69 mm
- d&sub2; = 107,85 mm
- r&sub3; = -483,92 mm
- K&sub1; = -1,82882
- K&sub2; = -1,83789
- K&sub3; = -1,19285
- Leistung:
- MTF (Modulationsübertragungsfunktion) (Ortsfrequenz = 1500 lp/mm) Wellenlänge = 0... 70% Wellenlänge = 13,3 Ängström... 65% Wellenlänge = 100 Ängström... 30% Wellenlänge = 200 Ängström... 0% Verzerrung = 0,1 um
- In den Beispielen 1-8 bis 1-10 sind die konkaven Spiegel M1 und M3 im wesentlichen äquidistant zu dem konvexen Spiegel M2. Die Beispiele 1-8 und 1-10 sind zur Herstellung von LSI-Schaltungen in der Größenordnung von 64 Megabit geeignet. Beispiel 1-9 ist zur Herstellung von LSI-Schaltungen in der Größenordnung von 256 Megabit geeignet. Die Projektionssysteme der Ausführungsbeispiele 1-8 bis 1-10 sind relativ kompakt und von hoher Auflösung, aber es existiert die Neigung, daß eine geringfügige Verzerrung verbleibt. Wenn die Verzerrung verbleibt, kann sie dadurch kompensiert werden, daß dem Maskenmuster selbst die Verzerrung entgegengesetzt der nicht durch das Projektionsabbildungssystem korrigierten Verzerrung gegeben wird.
- Die Beispiel 1-11 bis 1-15 beziehen sich auf die Fälle, in welchen der konkave Spiegel M3 in Bezug auf die Ausbreitung der Röntgenstrahlen zwischen dem konkaven Spiegel M1 und dem konvexen Spiegel M2 angeordnet ist, wobei der konkave Spiegel M3 in einem Abstand von ungefähr einer Hälfte des Abstands zwischen dem konkaven Spiegel M1 und dem konvexen Spiegel M2 angeordnet ist. Die Beispiele 1-11 und 1-12 dienen zur Herstellung von LSI-Schaltkreisen in der Größenordnung von 64 Megabit und 256 Megabit, wobei fast alle Verzerrungen im wesentlichen vollständig beseitigt werden und die effektive Blendenzahl 13 ist, was ein Licht-Abbildungssystem bedeutet. Im Beispiel 1-13 hat der konvexe Spiegel M2 eine sphärische Fläche und ist für 64 Megabit-LSI- Schaltungen ausgelegt. Beispiel 1-14 hat eine Projektionsvergrößerung von 1/2 und ist für die Herstellung von 64 Megabit-LSI-Schaltungen ausgelegt. Beispiel 1-15 hat eine Einheits-Projektionsvergrößerung und ist für die Herstellung von 64 Megabit-LSI-Schaltungen ausgelegt. Die Beispiel 1-8 bis 1-13 haben die Projektionsvergrößerung von 1/5. Alle die Ausführungsbeispiele mit Ausnahme von Beispiel 1-13 haben drei Spiegel M1, M2 und M3, die alle eine nichtsphärische ablenkende Spiegeloberfläche haben.
- Bei dem vorhergehend beschriebenen Projektionsabbildungssystem kommen drei reflektierende Spiegel M1, M2 und M3 zur Anwendung. Das bei dieser Projektionsbelichtungsvorrichtung anwendbare Projektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die vorhergehend beschriebenen detaillierten Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann ein zusätzlicher Spiegel, d. h. ein vierter Spiegel M4 hinzugefügt werden. Um die Röntgenstrahlen auf effektive Weise zu reflektieren, wird die vorhergehend diskutierte mehrlagige reflektierende Schicht genutzt. Selbst wenn die mehrlagige reflektierende Schicht genutzt wird, führt der Anstieg in der Anzahl der reflektierenden Spiegel jedoch zwangsläufig zu einem Verlust von Röntgenstrahlen. Aus diesem Grunde ist die Anzahl der reflektierenden Spiegel, welche das Projektionsabbildungs- oder strahlungssystem bilden, vorzugsweise gering.
- In den vorhergehenden Ausführungen ist das Projektionsabbildungssystem als ein System beschrieben worden, das für eine ebene Projektion angewandt wird, aber die vorliegende Erfindung ist in einem Fall anwendbar, in welchem ein Gebiet eines festgelegten Bildhöhenbereichs, das eine kleine Aberration schafft, durch einen gebogenen Schlitz oder dergleichen projiziert wird, und die Maske und der Wafer gleichzeitig hin und her bewegt werden, um das Muster aufeinanderfolgend zu übertragen.
- Fig. 6 und 7 zeigen Aberrationen beim Projektionsabbildungssystem gemäß Fig. 1 und einem vierten Ausführungsbeispiel. In Fig. 6 repräsentiert eine grafische Darstellung (A) einen Astigmatismus und eine grafische Darstellung (B) repräsentiert eine Verzerrung. In Fig. 7 repräsentieren die grafischen Darstellungen (A)-(D) laterale Aberrationen in verschiedener Bildhöhe, wobei (A) für die Bildhöhe von 185 mm, (B) für 160 mm, (C) für 130 mm und (D) für 100 mm vorgesehen ist. In Fig. 6 repräsentiert die Ordinate die Bildhöhe. Die Bezugszeichen M und S bezeichnen die meridionale Fläche bzw. die saggitale Fläche.
- Wie aus Fig. 6 und 7 verständlich wird, ist die Aberrationskorrektur für die Anwendung des Projektionsabbildungssystems dieser Art ausreichend. Insbesondere ist die Verzerrung in Fig. 6(B) ungefähr 0, und deshalb ist die Verzerrung in der Figur nicht gezeigt. Zusätzlich kann die Aberrationskorrektur in einem solch breiten Bereich zufriedenstellend ausgeführt werden, daß das Abbildungssystem bei einem Belichtungssystem für ebene Projektion anwendbar ist, bei welchem eine breite Belichtungsfläche erforderlich ist. Überdies hat das Abbildungssystem eine zufriedenstellende MTF-Eigenschaft, die ausreichend ist, um die Auflösung in der Größenordnung von Submikron zu schaffen.
- Fig. 8 erklärt das Prinzip des nicht senkrechten Einfalls von Beleuchtungsstrahlen auf die Maske MS gemäß Fig. 1 und 4. Im Belichtungssystem oder dergleichen ist es zu bevorzugen, daß, wenn die Strahlen auf den Wafer aufgebracht werden, um das Maskenmuster auf diesen zu drucken, die Strahlen senkrecht auf den Wafer einfallen, d. h. das Beleuchtungssystem telezentrisch ist. Gemäß Fig. 8 sind die reflektierenden Spiegel M1, M2 und M3 im allgemeinen mit dem Bezugszeichen mm bezeichnet, IP bezeichnet eine Position der Eintrittspupille, FF einen vorderen Fokuspunkt, PL einen Hauptstrahl, der die Mitte der Maske MS und den vorderen Fokuspunkt FF passiert. Damit das Muster der Maske MS senkrecht oder im wesentlichen senkrecht einfällt, passiert der Strahl aus der Mitte der Maske MS den vorderen Fokuspunkt FF und passieren die Randstrahlen um diesen herum die Eintrittspupille. In Anbetracht dieser Tatsache fallen die Strahlen L mit einer Neigung auf die Maske MS ein. Dann fallen die meisten der Strahlen senkrecht und/oder im wesentlichen senkrecht auf den Wafer WF ein. Dies ist in dem Reflexionssystem zu bevorzugen, wenn nur eine Hälfte der Systemanordnung unterhalb oder oberhalb der Systemachse genutzt wird.
- Fig. 9 zeigt eine Abbildungsanordnung eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystems eines Reflexionstyps, welche eine geringe Größe hat, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- Wenn das in Fig. 1 und 4 gezeigte Abbildungssystem genutzt wird, besteht eine Neigung, daß die Strahlen von der Maske MS in Richtung auf den Reflexionsspiegel M1 zu der Zeit blockiert werden, wenn ein nicht gezeigter Wafertisch bewegt wird, um schrittweise jede der Belichtungsflächen des Wafers WF zu belichten. Bei der Anordnung des Systems gemäß Fig. 9 ist es beabsichtigt, diese Neigung zu beseitigen. Das System gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit einem vierten reflektierenden Spiegel M0 versehen. Wie aus der Figur verständlich wird, hat der bewegliche Bereich des Wafers WF keinen Einfluß auf das Abbildungssystem. Damit der Wafer WF durch senkrecht oder im wesentlichen senkrecht auf den Wafer WF einfallende Strahlen beleuchtet wird, kann der reflektierende Spiegel M0 in einem anderen Winkel als 45 Grad geneigt sein, obgleich Fig. 9 das Beispiel von 45 Grad zeigt.
- Es werden Beispiele von mehrlagigen Schichten beschrieben, die vorzugsweise für den reflektierenden Spiegel M0 anwendbar sind.
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 55,4 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 34,3 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Erstes Material: Pd
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 44,5 Angström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 42,3 Angström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 29,1%
- Für Röntgenstrahlen von 112, 7 Angström Wellenlänge
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Be
- Schichtdicke des ersten Mat.: 30,2 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 49,7 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 85,3%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: Si
- Schichtdicke des ersten Mat.: 52,7 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 31,9 Angström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 39,5 W
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 27,6 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 32,8 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 41,8%
- Erstes Material: Ru
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 26,7 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 33,5 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 36,6%
- Erstes Material: Pd
- Zweites Material: B
- Schichtdicke des ersten Mat.: 25,9 Ängström
- Schichtdicke des zweiten Mat.: 34,2 Ängström
- Anzahl der Lagen: 41
- Reflexionsvermögen (Einfallswinkel: 45 Grad): 30,2%
- Fig. 10 veranschaulicht eine Systemanordnung eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystem eines Reflexionstyps mit kleiner Größe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- Bei dem Abbildungssystem gemäß Fig. 7 läßt die Maske MS die Belichtungsstrahlen durch, wohingegen bei dem Abbildungssystem gemäß Fig. 10 eine Maske des Reflexionstyps genutzt wird.
- Dieses Ausführungsbeispiel ist zu bevorzugen derart, daß es im Prinzip zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 paßt. Dies verhält sich derart, da, wenn eine Reflexionstyp-Maske MS verwendet wird, die Bildstrahlen des Schaltungsmusters der Maske, auf welche die Beleuchtungsstrahlen nicht senkrecht einfallen, auf effiziente Weise zu dem Reflexionsspiegel M1 geleitet werden können.
- Die Reflexionstyp-Maske ist außerdem zu bevorzugen, da eine starke Kühleinrichtung CO auf deren Rückseite zur Wirkung kommen kann, wobei Beispiele der Kühleinrichtung ein Wasserkühlmechanismus oder ein elektrostatischer Kühlmechanismus unter Nutzung eines Peltierelements oder dergleichen sind.
- Ferner ist es zu bevorzugen, daß Zwangskühlungseinrichtungen C1 und C2 oder dergleichen für die Reflexionsspiegel M1 und M2 oder dergleichen vorgesehen sind, da dann die thermische Expansion vermieden werden kann. In diesem Fall kann die Kühleinrichtung für mindestens wenige erste Reflexionsspiegel vorgesehen sein, und es ist nicht notwendig, sie für die nachfolgenden reflektierenden Spiegel vorzusehen, da die Neigung zu hoher Temperatur bei wenigen ersten Spiegeln besteht. Selbstverständlich kann die Kühleinrichtung für alle reflektierenden Spiegel vorgesehen sein. Der nicht senkrechte Einfall der Strahlen auf die Maske von Reflexionstyp trägt auch zu dem in Fig. 11, 12 und 13 gezeigten Abbildungssystem in vorteilhafter Weise bei.
- Fig. 11 zeigt einen Aufbau eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystem eines Reflexionstyps mit kleiner Größe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem System werden Röntgenstrahlen SR aus einer Synchrotronorbitalstrahlungsquelle, welche im folgenden "SOR" genannt wird, mittels eines Reflexionsspiegels MRT reflektiert, und diese fallen nicht senkrecht auf die Maske MS ein. Der Reflexionsspiegel MTR wird mit Bezug auf die Maske MS geschwenkt, um die Schaltungsmusteroberfläche der Maske MS abzutasten, wodurch eine breite Belichtungsfläche gesichert wird. Der reflektierende Spiegel MTR kann von einem Glanztyp oder einem mehrlagigen Typ sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es auch zu bevorzugen, die reflektierenden Spiegel M0 und M1 mit Zwangskühlungseinrichtungen zu versehen. Eine sich von der SOR-Quelle erstreckende Röntgenstrahlungsleitung ist üblicherweise sehr lang, erstreckt sich in einer tangentialen Richtung eines Rings, und deshalb kann die Leitung im allgemeinen in der Vorrichtung verwendet werden, bei welcher der Abstand von der Maske MS zu dem reflektierenden Spiegel M1 wie in diesem Ausführungsbeispiel lang ist, wodurch verhindert wird, daß die Vorrichtung sperrig wird.
- Fig. 12 zeigt einen Aufbau eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystem eines Reflexionstyps mit kleiner Größe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem System wird die Röntgenstrahlung innerhalb der SOR-Quelle im wesentlichen vertikal abtastend abgelenkt. Die Maske MS in einem vorbestimmten Winkel aus der vertikalen Richtung geneigt eingestellt, um einen nicht senkrechten Einfall von Strahlen zu schaffen.
- Fig. 13 zeigt eine Systemanordnung eines verkleinernden Röntgenprojektionsabbildungssystem eines Reflexionstyps mit kleiner Größe gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem System sind die Maske MS und der Wafer WF vertikal und parallel zueinander angeordnet, wobei die Beleuchtungsstrahlen indessen nicht blockiert sind. Deshalb ist diese Anordnung für die Vorrichtung geeignet, bei welcher der Wafer schrittweise bewegt wird, um mehrere Belichtungsflächen des Wafers zu belichten.
- Fig. 14 zeigt einen allgemeinen Aufbau einer Belichtungsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- Bei der Belichtungsvorrichtung ist die Maske MS vertikal angeordnet, um in geeigneter Weise zur SOR-Quelle zu passen. Der Wafer WF ist auf einem horizontalen Tisch gelagert, und was das Abbildungssystem betrifft, kann das Reflexionsabbildungssystem gemäß Fig. 9, 11 oder 12 genutzt werden.
- Ein Maskentisch MS zum Halten der Maske MS ist mit Hilfe einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung in zwei Dimensionen beweglich. Der Maskentisch 1 ist mit Ausrichtungsmarkierungen 2A, 2B und 2C versehen, welche in drei verschiedenen Positionen auf dem Maskentisch 1 belichtet werden, wie in der Figur zu diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die Ausrichtungsmarkierungen werden genutzt, um den Grad der senkrechten Stellung zwischen der Maske MS und dem Wafer WF und/oder dem Wafertisch zu erfassen. Die Vorrichtung weist eine Leitungsröhre auf, welches die Röntgenstrahlung passiert und welches dazu dient, die Röntgenstrahlung auszurichten, die von einer nicht gezeigten Röntgenstrahlungsquelle emittiert wird und die Maske MS zu einem Projektionsabbildungssystem passiert hat, welches später beschrieben wird. Ein Zylinder 4 zur Unterbringung des Projektionsabbildungssystems enthält eine Vielzahl von reflektierenden Spiegeln und ist mit der Leitungsröhre 3 verbunden. Ein erster, zweiter und dritter Tischausrichtungsskopus 10, 11 und 12 dient zur jeweils übereinanderliegenden Betrachtung der Ausrichtungsmarkierungen 2A, 2B und 2C und der Ausrichtungsmarkierungen 6A, 6B und 6C an dem Element 50.
- Der erste und zweite Masken-Wafer-Ausrichtungsskopus 20 und 21 dienen dazu, die Ausrichtung oder Abweichung zwischen der Maske MS und dem Wafer WF zu erfassen, um unter Nutzung der entsprechenden Ausrichtungsmarkierungen an der Maske MS und dem Wafer WF eine Relativbewegung zwischen der Maske MS und dem Wafer WF zu erteilen. Das System weist die vorhergehend beschriebenen reflektierenden Spiegel M0, M1, M2 und M3 mit mehrlagiger Schicht auf. Von diesen Spiegeln bilden die Spiegel M1, M2 und M3 ein verkleinerndes Projektionsabbildungssystem und der Reflexionsspiegel M0 dient dazu, die durch die Einlaßöffnung der Leitungsröhre 3 durch dieses in den Zylinder 4 eingeleiteten Röntgenstrahlen in einem vorbestimmten Winkel zu dem reflektierenden Spiegel M1 umzuleiten.
- Da bezüglich der Systemachse 0 nur eine Hälfte des reflektierenden Spiegels M1 genutzt wird, wie in Fig. 1 und 4 gezeigt ist, ist die verbleibende Hälfte im Prinzip nicht notwendig. Die verbleibende Hälfte wird jedoch vorzugsweise nicht entfernt, da die Nutzung von Werkzeugen ermöglicht wird, wenn die mehrlagige Schicht hergestellt wird, und um die thermische Abstrahlung zu unterstützen. Es ist möglich, daß die gesamte sphärische Spiegelfläche mit der mehrlagigen Schicht beschichtet ist und nur eine Hälfte davon genutzt wird. Der reflektierende Spiegel M3 ist mit einer Öffnung h1 versehen, um das Passieren der Röntgenstrahlen in einer exzentrischen Position zu gestatten. Die Öffnung h1 wird vor der Behandlung hinsichtlich der mehrlagigen Schicht ausgebildet und wird durch ein Material verschlossen, und unter dieser Bedingung wird die mehrlagige Schicht ausgebildet. Nach der Behandlung hinsichtlich der mehrlagigen Schicht wird das die Öffnung füllende Material entfernt. Bei einer solchen Vorgehensweise kann die Verzerrung vermieden werden, die andernfalls während der Bearbeitung der Öffnung erzeugt werden kann. Der reflektierende Spiegel M2 ist feststehend auf einer Halteplatte SS befestigt, welche die Öffnung h2 aufweist.
- Die Elemente 50, 51 und 52 sind Tisch-Bauelemente zur Bildung eines Wafertischs. Das Bauelement 50 ist mit einer Wafer-Einspanneinrichtung zum sicheren Halten des Wafers WF versehen. Die Oberfläche des Bauelements 50 ist mit einer Tischausrichtungsmarkierung 6A, 6B und EC für den Ausrichtungsvorgang versehen. Das Bauelement 51 trägt das Bauelement 50 und ist auf dem Bauelement 52 in X-Richtung beweglich, wie in der Figur gezeigt ist. Das Bauelement 52 ist in Y-Richtung beweglich, wie es in der Figur bezeichnet ist, so daß die Bauelemente 51 und 52 einen sogenannten X- Y-Tisch bilden. Zum Antrieb der Bauelemente 51 und 52 in X-Richtung und Y-Richtung sind eine Antriebseinrichtung 70 bzw. 71 vorgesehen, welche entsprechende Schrittmotoren enthalten. Das Bauelement 50 ist mittels einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung in A-Richtung drehbar. Das Bauelement 50 ist durch piezoelektrische Elemente P1, P2 und P3 vertikal beweglich, die unter diesem angeordnet sind, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Abstandsmeßeinrichtungen 90, 91 und 92 zur Steuerung des Tischs sind vorgesehen, um die Position und den Bewegungsbetrag des Wafers in X- und Y-Richtung mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Was die Abstandsmeßeinrichtungen 90, 91 und 92 betrifft, so ist eine Einrichtung des berührungslosen Typs (optischen Typs) wie zum Beispiel ein Interferometer zu bevorzugen.
- Die in Fig. 14 gezeigte Projektionsbelichtungsvorrichtung verhält sich derart, daß ein Bild des Musters der Maske MS durch Ausbildung eines verkleinerten Bilds von diesem durch die reflektierenden Spiegel M1, M2 und M3 als eine ebene Projektion auf den Wafer projiziert wird, und die Belichtung für jeden der Chips oder für eine Gruppe von mehreren Chips, definiert durch Schnittlinien auf dem Wafer WF, d. h. auf eine sogenannte Schritt-und-Wiederholungs-Weise (step-and-repeat) bewirkt wird. Die Maske MS ist mittels eines nicht gezeigten Maskenhalters auf dem Maskentisch 1 gehalten, während der Wafer WF auf eine nicht gezeigte Wafer-Einspanneinrichtung angezogen wird. Nach der Beendigung eines Ausrichtungsvorgangs zwischen dem Wafer WF und der Maske MS, welcher in folgenden beschrieben wird, wird der Belichtungsvorgang auf die folgende Weise ausgeführt.
- Die von der nicht gezeigten Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung beleuchtet mit Hilfe der Leitungsröhre 3, des Reflexionsspiegels M0 und eines verkleinernden Projektionssystems, das die reflektierenden Spiegel M1, M2 und M3 aufweist, die Maske MS und das Schaltungsmuster der Maske MS wird in einem vorbestimmten Bereich auf dem Wafer WF ausgebildet. Bei dieser Vorrichtung wird die das Schaltungsmuster der Maske MS repräsentierende Information in Form einer Stärkeverteilung der Röntgenstrahlung auf den Wafer WF übertragen, und in dem für die Röntgenstrahlen auf der Oberfläche des Wafers WF aufgetragenen lichtempfindlichen Material (Resist) wird ein latentes Bild eines Schaltungsmusters ausgebildet. Der Wellenlängenbereich der angewandten Röntgenstrahlung kann in Einklang mit den Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht und dem Projektionssystem ausgewählt werden. Wenn die Röntgenstrahlungsquelle, welche den gewünschten Wellenlängenbereich erzeugt, nicht verfügbar ist, kann die Maske MS durch ein Röntgenstrahlungsfilter wie zum Beispiel BN (Bornitrid) beleuchtet werden, das eine gewünschte Absorptionseigenschaft hat. Nach Beendigung von einer Belichtung (one shot) für einen Chip oder eine Gruppe von Chips wird der Wafertisch schrittweise mittels der Antriebseinrichtungen 70 und 71 bewegt, um den angrenzenden Chip oder die angrenzende Gruppe von Chips in dem wirksamen Belichtungsbereich zu plazieren, und dann werden die Maske MS und der zu belichtende Chip des Wafers WF erneut ausgerichtet, wonach der Chip oder die Gruppe der Chips mit dem Röntgenstrahlungsmuster belichtet werden (Wiederholung bzw. Repeat). Diese Vorgänge werden in einer festgelegten Reihenfolge für mehrere Chips auf dem Wafer WF ausgeführt, und alle durch Schnittlinien auf dem Wafer WF definierten Chips werden durch die mehreren Belichtungen mit dem Muster belichtet. Der Wafer WF, welcher vollständig belichtet worden ist, wird automatisch durch einen unbelichteten Wafer ersetzt, und der vorhergehend beschriebene Prozeß wird wiederholt.
- Nun wird ein Beispiel eines Ausrichtungsvorgangs beschrieben.
- Gemäß Fig. 14 treiben die Antriebseinrichtungen 70 und 71 den Wafertisch an, der die Bauelemente 50, 51 und 52 aufweist, so daß die Ausrichtungsmarkierungen 6A, 6B und 6C an dem Bauelement 50 mittels des Projektionsabbildungssystems einschließlich der reflektierenden Spiegel M1, M2 und M3 aufeinanderfolgend durch den Tischausrichtungsskopus 10, 11 und 12 beobachtet werden können.
- Insbesondere wird ein an der Unterseite der Halteplatte SS befestigter Halbleiterlaserkopf LZ betätigt, um Licht zu emittieren. Dann wird der Tisch angetrieben, so daß die Ausrichtungsmarkierung 6A an dem Wafertisch der Öffnung h2 zugewandt ist. Die Fokuserfassung wird zwischen der Ausrichtungsmarkierung 2A an dem Maskentisch 1 und der Ausrichtungsmarkierung 6A an dem Wafertisch unter Nutzung des Ausrichtungsskopus 12 bewirkt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wafertisch vertikal angetrieben, um mit Hilfe des piezoelektrischen Elements P1 einen fokussierten Tisch zu schaffen. In ähnlicher Weise werden die Markierungen 6B und 6C aufeinanderfolgend der Öffnung h2 zugewandt, die Fokusbedingung wird unter Nutzung der Markierungen 2B und 2C und der Ausrichtungsskopen 11 und 10 erfaßt, und die piezoelektrischen Elemente P2 und P3 werden betätigt, um den Wafertisch vertikal zu bewegen. Durch diese Vorgänge werden die entsprechenden Abstände zwischen den drei Markierungen 2A, 2B und 2C und dem drei Markierungen 6A, 6B und 6C in einen fokussierten Zustand justiert. Im Ergebnis ist der Grad der senkrechten Stellung zwischen dem Maskentisch und dem Wafertisch gesichert. Unmittelbar nach jeder der Erfassungen des fokussierten Zustands werden die Abweichungen in X- und Y-Richtung aufeinanderfolgend gemessen und unter Nutzung der Markierungen 2A, 2B und 2C und der Markierungen 6A, 6B und 6C gespeichert. Es ist möglich, daß der Korrekturantrieb unter Nutzung der Motoren 70 und 71 ausgeführt werden kann.
- Da der Abstand zwischen der Maske MS und dem Wafer WF bei diesem Ausführungsbeispiel lang ist, ist die Korrektur der senkrechten Stellung zwischen der Maske MS und dem Wafer WF von Vorteil. Auf eine ähnliche Weise werden die Maske MS und der Wafer wF bei den in Fig. 1, 4, 8 und 13 gezeigten Abbildungssystemen parallel zueinander justiert. Wenn die Ausrichtungsmarkierungen 6A, 6B und 6C an dem Wafertisch durch den Strahl erfaßt werden, der das verkleinernde Abbildungssystem in umgekehrter Richtung durchläuft, und wenn die Verkleinerung 1/5 beträgt, können die Ausrichtungsmarkierungen deshalb in einem vergrößerten Maßstab in fünffacher Größe erfaßt werden.
- Die Information hinsichtlich der Ausrichtung von den Ausrichtungsskopen 10, 11 und 12 kann visuell oder fotoelektrisch ermittelt werden. Zu diesem Zweck können einige der bekannten Verfahren genutzt werden.
- Wenn eine Positionsbeziehung zwischen einer solchen Fläche des Belichtungsbereichs des Wafers WF, der auf dem Bauelement 50 gehalten ist, die bei einer ersten Belichtung (first shot) mit dem Muster zu belichten ist (zum Beispiel die Fläche eines ersten Chips, die durch orthogonale Schnittlinien definiert ist) und den Ausrichtungsmarkierungen 6A, 6B und 6C festgelegt ist, wird nach dem vorhergehend beschriebenen Tischausrichtungsvorgang der Wafertisch einschließlich der Bauelemente 50, 51 und 52 auf der Basis der festgelegten Positionsbeziehung bewegt, so daß der erste Belichtungsbereich auf dem Wafer WF in die Nachbarschaft der Bildfläche des Projektionsabbildungssystems gebracht wird, wo das Muster der Maske MS ausgebildet wird. Im Randbereich der ersten Belichtungsfläche auf dem Wafer WF, insbesondere in den Schnittlinien ist ein festgelegtes Paar von Ausrichtungsmarkierungen ausgebildet. Diese Ausrichtungsmarkierungen und die nicht gezeigten Ausrichtungsmarkierungen an der Maske MS werden auf visuelle oder fotoelektrische Weise unter Nutzung der Masken-Wafer-Ausrichtungsskopen 20 und 21 erfaßt, so daß mit einer weiteren hochgenauen Ausrichtung belichtet werden kann.
- Hinsichtlich des Halbleiterlaserkopfs LZ, der als die Lichtquelle für die Ausrichtung dient und Licht mit der Wellenlänge von beispielsweise 780 nm - 859 nm erzeugt, ist festzustellen, daß die Wellenlänge um 1-2 Größenordnungen länger als die Wellenlänge von 100 Ängström der Röntgenstrahlungsbelichtung ist. Die reflektierenden Oberflächen des reflektierenden Spiegels mit der mehrlagigen Schicht können den Laserstrahl auf wirksame Weise wie durch eine einfache reflektierende Metallschicht-Oberfläche reflektieren. Ferner werden die Ausrichtungsmarkierungen an dem Wafertisch oder dem Wafer WF in einem vergrößerten Maßstab, zum Beispiel fünffach vergrößert betrachtet, wenn das Verkleinerungsverhältnis des Verkleinerungs-Reflexionssystems 1/5 beträgt, da sich das Licht mittels der reflektierenden Spiegel M3, M2 und M1 umgekehrt fortbewegt.
- Selbst wenn zwei Wellenlängen, zum Beispiel 780 nm und 850 nm des durch den Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls für zwei Arten von Resists benutzt werden, zeigen beispielsweise die reflektierenden Spiegel bei Wellenlängen dieser Größenordnung keine wesentliche Wellenlängenabhängigkeit, und deshalb kann eine höchst genaue Ausrichtung aufrechterhalten werden, so daß sie von Vorteil sind.
- Nach Beendigung der vorhergehend beschriebenen Ausrichtung beginnt der Belichtungsschritt, welcher im vorhergehenden beschrieben worden ist. Wenn die Positionsbeziehung zwischen dem ersten Belichtungsbereich und den nachfolgenden Schritt-und-Wiederholungsbereichen und die Abfolge der Belichtungen in einer nicht gezeigten Steuereinrichtung gespeichert sind, kann die Bewegung zum nächsten Belichtungsbereich nachfolgend der ersten Belichtung mittels der Steuereinrichtung ausgeführt werden, um den Wafertisch ohne den Ausrichtungsvorgang zwischen der Maske MS und dem Wafer WF für jede Belichtung mit hoher Genauigkeit (Schrittbewegung) zu bewegen. Insbesondere vom Standpunkt der Verbesserung des Durchsatzes betrachtet, ist das System, bei welchem der Ausrichtungsvorgang nur für die erste Belichtung ausgeführt wird und die nachfolgende schrittweise Bewegung für die verbleibenden Belichtungen im Vertrauen auf die mechanische Genauigkeit des Tischs ausgeführt wird, eher zu bevorzugen als eine Rohchip-für-Rohchip-Ausrichtung, bei welcher die Ausrichtung zwischen der Maske MS und dem Wafer WF für jede der Belichtungen ausgeführt wird.
- Das Innere der in Fig. 14 gezeigten Projektionsbelichtungsvorrichtung ist evakuiert, da für die Belichtung Röntgenstrahlung genutzt wird. Es wird eine Evakuiereinrichtung wie zum Beispiel eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) genutzt, um diese auf einen Grad an Vakuum von 10&supmin;&sup6; Torr zu evakuieren. Der Grad an Vakuum in der Vorrichtung ist vorzugsweise höher, und bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtung unter Hochvakuum- oder Ultrahochvakuum-Bedingungen ausgeführt. Zu diesem Zweck ist die vorhergehend beschriebene Reflexionsspiegel-Kühleinrichtung von Vorteil.
- Anstelle der Herstellung des Vakuums in der Vorrichtung wird die N&sub2; und O&sub2; und anderes enthaltende Luft in der Vorrichtung durch leichte Elemente wie zum Beispiel H und/oder He ersetzt, um das Innere der Vorrichtung für die Belichtung mit Röntgenstrahlen mit einem leichten Element oder leichten Elementen zu füllen. Beispielsweise werden die vordere Seite (Röntgenstrahlungsempfangsseite) der Maske MS gemäß Fig. 14 und deren Rückseite (innerhalb des Zylinders 3) und die obere Fläche des Wafers WF alle mit dem bei einer konstanten Geschwindigkeit fließenden He abgedeckt und gefüllt. Dann absorbieren diese leichten Elemente kaum die Röntgenstrahlung, während sie andererseits eine bessere Wärmeabsorption als das Vakuum zeigen, so daß die Maske MS und der reflektierende Spiegel vor Verzerrung aufgrund von Wärme geschützt sind. Wenn der Belichtungsvorgang unter derartigen Bedingungen ausgeführt wird, kann die Anzahl von mit Beryllium abgedeckten Röntgenstrahlung-durchlassenden Fenstern minimiert werden, um die Schwächung der Röntgenstrahlungsenergie zu minimieren, um, anders ausgedrückt, die Röntgenstrahlung effizient zu nutzen. Wenn sich der obere Abschnitt der Maske MS andererseits in einer He- Kammer befindet, der untere Zylinder 3 eine Vakuumkammer ist, und sich der obere Abschnitt des Wafers in einer Luftkammer befindet, ist das Be-Fenster für jeden der Grenzbereiche erforderlich, was in einer starken Schwächung der Röntgenstrahlungsenergie resultiert. Da H sehr leicht brennt, ist H von Standpunkt der Sicherheit betrachtet besser. Selbst wenn He angewandt wird, kann/können der Spiegel oder die Spiegel mit Zwangskühleinrichtungen versehen sein.
- Wenn die Wellenlänge der für die Belichtung genutzten Röntgenstrahlung groß ist, wird die Röntgenstrahlung von verschiedenen Materialien auf einfache Weise absorbiert, und deshalb ist die Möglichkeit des Einflusses auf den menschlichen Körper oder dergleichen sehr gering, und die Röntgenstrahlen gelangen durch die Anwendung der Abschirmung zur Aufrechterhaltung des Vakuums kaum nach außen. Andererseits wird mit der Verringerung der Wellenlänge der Röntgenstrahlung deren Absorption durch verschiedene Materialien geringer und deshalb ist es zu bevorzugen, in Abhängigkeit von der Wellenlänge der genutzten Röntgenstrahlung eine Abschirmung für die Röntgenstrahlung vorzusehen.
- Wie im vorhergehenden beschrieben ist, wird gemäß der in Fig. 14 gezeigten Projektionsbelichtungsvorrichtung ein Muster der durch die Röntgenstrahlen beleuchteten Maske mit Hilfe des Projektionsabbildungssystems auf dem Wafer abgebildet, um den Wafer mit dem Muster zu belichten, und das Projektionsabbildungssystem bildet das Bild in einem verkleinerten Maßstab aus, so daß die Realisierung der für das Maskenmuster erforderlichen Genauigkeit verglichen mit dem herkömmlichen Annäherungsverfahren erleichtert wird, was die Herstellung der Maske vereinfacht. Zusätzlich verbessert die verkleinerte Projektion die Auflösung. Außerdem wird der Belichtungsspielraum der anwendbaren Röntgenstrahlungsquelle vergrößert, so daß die Anwendbarkeit gesteigert wird. Überdies wird die Notwendigkeit der genauen Messung des Zwischenraums zwischen der Maske und dem Wafer, welche bei dem Annäherungsverfahren erforderlich ist, und der Justierung des Zwischenraums beseitigt.
- Die mit der vorliegenden Erfindung verwendbare Röntgenstrahlungsmaske kann von einem transparenten Typ oder einem Reflexionstyp sein. Die Röntgenstrahlungsmaske des transparenten Typs enthält einen Röntgenstrahlungs-absorbierenden Abschnitt und ein Maskensubstrat zum Halten des Röntgenstrahlungs-absorbierenden Abschnitts, wobei der Röntgenstrahlungs-absorbierende Abschnitt ein Muster auf dem Maskensubstrat ausbildet. Der Röntgenstrahlungs-absorbierende Abschnitt kann aus Au, Pa, W oder dergleichen sein, das eine hohe Röntgenstrahlungs-Absorptionsfähigkeit hat und das einfach zu bearbeiten ist. Was das Material des Maskensubstrats betrifft, so sind organische hochmolekulare Materialien und anorganische Materialien verwendbar. Die erstgenannten Materialien sind zum Beispiel Polyimid, Myler und Kapton, und die letztgenannten Materialien sind zum Beispiel Si, Bn, Ti, SiN&sub3;, SiC und Si, in dem B verteilt ist. Außerdem sind ein SiN-Substrat und ein Verbundsubstrat aus Polyimid und Bn anwendbar.
- Die Reflexionstyp-Röntgenstrahlungsmaske enthält ein Maskensubstrat, das ein geringer Reflexionsvermögen hat, auf welches ein Muster aus Material mit hohen Reflexionsvermögen gezeichnet ist. Beispielsweise ist auf einem dicken Maskensubstrat aus einem Material mit geringer Elektronendichte (Substanz aus leichtem Element) wie zum Beispiel Si oder dergleichen ein Muster aus einem Material mit hoher Elektronendichte (Substanz aus schwerem Element) wie zum Beispiel Au oder dergleichen gezeichnet, oder bei einem anderen Beispiel ist eine mehrlagige reflektierende Schicht, die Ti und Ni enthält, als Muster auf ein Maskensubstrat aufgetragen.
- Es ist erforderlich, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendende Maske MS in Abhängigkeit von der Wellenlänge der genutzten Röntgenstrahlung ausgewählt wird. Wenn beispielsweise die Wellenlänge der anzuwendenden Röntgenstrahlung mehrere Ängström bis mehrere Dutzend Ängström beträgt, kann das Material der Maske aus den vorhergehend beschriebenen Materialien ausgewählt werden. Wenn die Wellenlänge jedoch relativ lang ist, zum Beispiel mehrere Dutzend Ängström bis mehrere Hundert Ängström, sind die vorhergehend beschriebenen Materialien nicht zu bevorzugen, da sie viel Röntgenstrahlungsenergie absorbieren. Bei den Masken für die Röntgenstrahlung mit langen Wellenlängen von mehreren Dutzend Ängström bis hin zu mehreren Hundert Ängström, werden in dem Röntgenstrahlungs-absorbierenden Element und dem reflektierenden Element in Übereinstimmung mit dem Schaltungsmuster Durchgangsöffnungen ausgebildet, die eine Maske bilden.
- Was die mit der vorliegenden Erfindung anwendbare Röntgenstrahlungsquelle betrifft, so sind eine herkömmliche Röntgenstrahlungsquelle des sogenannten Elektronenstrahlanregungstyps, bei welcher zur Erzeugung von Röntgenstrahlen ein Elektronenstrahl auf ein festes Metall gebracht wird, eine Röntgenstrahlungsquelle, bei welcher Laserplasma, Plasma seltener Gase, cleeping Entladungsplasma genutzt wird, oder eine Quelle anwendbar, bei welcher durch SOR (Synchrotronorbitalstrahlung) repräsentierte Synchrotronstrahlung genutzt wird.
- Das für die Belichtung benutzte Röntgenstrahlungs-empfindliche Material, d. h. das Resist kann in Abhängigkeit von der Energiedichte der Belichtungs-Röntgenstrahlung, welche verschieden ist, wenn unterschiedliche Röntgenstrahlung vorliegt, aus dem weiten Gebiet von Materialien mit hoher Empfindlichkeit bis hin zu Materialien mit relativ geringer Empfindlichkeit ausgewählt werden.
- Beispiele für Röntgenstrahlungs-Resistmaterial des negativen Typs sind Polyglycidylmethacrylat-CO-ethylacrylat (COP), Polyglycidylmethacrylat mit zugefügter Maleinsäure (SEL-N), Polydiallylorthophthalat, epoxidiertes Polybutadien, Polystyren TIF, metallische Salze enthaltendes Resistmaterial, Halogen enthaltendes Polyvinylether-Resistmaterial und Halogen enthaltendes Polyacrylat-Resistmaterial. Als Beispiele für Röntgenstrahlungs-Resistmaterialien des positiven Typs sind Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyhexafluorbutylmethacrylat, Polytetrafluorpropylmethacrylat, Polymethacrylnitril, Poly(MMM-CO-Trichlorethylmethacrylat), Polybuten-1-Sulfon, Metallsäure enthaltendes Resistmaterial, Polytrichlormethacrylat, Polymethylmethacrylat-CO-dimethylmethylenmalonat (PMA-CO-DMM), Kopolymer aus n-hexyl-aldehyd und n-butyl-aldehyd und Polychlorazetaldehyd zu nennen.
- Wie im vorhergehenden beschrieben ist, können der Verlust der Röntgenstrahlungsenergie durch die Spiegeloberflächen und die Verzerrung des reflektierenden Spiegels durch die Wärme minimiert werden, und deshalb kann die Belichtungsmusterübertragung auf effiziente Weise und mit hoher Auflösung ausgeführt werden.
- Während die Erfindung mit Bezug auf die hierin offenbarten Bauformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die dargelegten Details eingeschränkt, und diese Erfindung ist dazu vorgesehen, derartige Modifikationen oder Änderungen abzudecken, wie sie innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche auftreten können.
Claims (18)
1. Verkleinernde Röntgenprojektionsbelichtungsvorrichtung
mit einem Maskentisch (1) zum Halten einer Maske (MS),
einem Wafertisch (50) zum Halten eines Wafers (WF) und
einem Reflexions-Abbildungssystem, das die
Röntgenstrahlen von der Maske (MS) entgegennimmt und diese auf den
Wafer (WF) richtet, um den Wafer (WF) mit dem Muster der
Maske (MS) zu belichten, wobei das
Reflexions-Abbildungssystem eine Vielzahl von gekrümmten Spiegeln (M1, M2, M3)
aufweist, die mit mehrlagigen Schichten zur Reflexion der
Röntgenstrahlen beschichtet sind, um ein Bild
auszubilden, wobei die Vielzahl der gekrümmten Spiegel (M1, M2,
M3) einen ersten konkaven Spiegel (M1), einen konvexen
Spiegel (M2) und einen zweiten konkaven Spiegel (M3)
aufweist, die optisch in der genannten Reihenfolge
angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer (M1, M3) der
konkaven Spiegel eine torische reflektierende Oberfläche
(R1, R3) zur Korrektur von Aberrationen hat, daß der
konvexe Spiegel (M2) als eine Aperturblende dient, daß
(a) die Vielzahl von gekrümmten Spiegeln (M1, M2, M3)
entweder koaxial mit einer Systemachse (O) angeordnet ist
oder
(b) die Vielzahl von gekrümmten Spiegeln (M1, M2, M3) im
allgemeinen koaxial mit einer Systemachse (0) angeordnet
ist und mindestens einer der konkaven Spiegel (M1, M3),
der erste und/oder der zweite konkave Spiegel und/oder
der konvexe Spiegel (M2) mit Bezug auf die Systemachse
(O) für weitere Aberrationskorrekturen geringfügig
geneigt ist, und daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
0,9 < r&sub2; / r&sub1; + r&sub2; / r&sub3; < 1,1
wobei r&sub1;, r&sub2; & r&sub3; die paraxialen Krümmungsradien des
ersten konkaven Spiegels (M1), des konvexen Spiegels (M2)
bzw. des zweiten konkaven Spiegels (M3) sind.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher die Vielzahl
von gekrümmten Spiegeln (M1, M2, M3) nicht größer als
fünf ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei
welcher die Maske (MS) eine Maske des Reflexionstyps ist,
die ein mehrlagiges Reflexionsmuster hat.
4. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei
welcher sowohl der erste als auch der zweite konkave
Spiegel (M1 & M3) eine torische reflektierende Fläche zur
Korrektur von Aberrationen hat.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei welcher auch der
konvexe Spiegel (M2) eine torische Fläche zur Korrektur
von Aberrationen hat.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
die einen flachen reflektierenden Spiegel (MO, MO')
enthält, der entweder dem ersten konkaven Spiegel (M1)
vorangehend oder dem zweiten konkaven Spiegel (M3) folgend
in den optischen Weg zwischen der Position der Maske (MS)
und der Position des Wafers (WF) eingefügt ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welcher der zweite konkave Spiegel (M3) eine Öffnung
(h1) hat, die in dem Teil des optischen Wegs angeordnet
ist, welcher sich zwischen dem ersten konkaven Spiegel
(M1) und dem konvexen Spiegel (M2) erstreckt.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei welcher der konvexe
Spiegel (M2) eine Öffnung (h2) hat, die in dem optischen
Weg angeordnet ist, welcher sich zwischen dem zweiten
konkaven Spiegel (M3) und der Position des Wafers (WF)
erstreckt.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welcher die Anordnung des
Reflexions-Abbildungssystems (M1, M2, M3) und des Wafertischs (50) telezentrisch
derart ist, daß auf den Wafer (WF) projizierte
Röntgenstrahlen senkrecht auf diesen einfallen.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, die ferner eine
Einrichtung (L) zum Anstrahlen der Maske (MS) mit
Röntgenstrahlen enthält, die auf diese in einem Winkel zur
Normalen geneigt einfallen.
11. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die
eine Zwangskühlungseinrichtung (C1, C2) zur Kühlung von
mindestens einem der Spiegel, des ersten konkaven
Spiegels (M1), des konvexen Spiegels (M2) und/oder des
zweiten konkaven Spiegels (M3) enthält.
12. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die
eine Zwangskühlungseinrichtung zur Kühlung der Maske (MS)
enthält.
13. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die
eine Zuführung von Heliumgas zur Kühlung des
Abbildungssystems enthält.
14. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die
eine Einrichtung zur Erfassung einer
Ausrichtungsmarkierung auf dem Wafer (WF) und eine Einrichtung zur
Ausrichtung des Wafers (WF) enthält.
15. Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, die
eine Einrichtung (50-52) zum Halten des Wafers (WF) und
zur Abstufung der Position des Wafers (WF) für jede
Bildbelichtung enthält.
16. Verfahren zur Anwendung einer
Röntgenprojektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch,
welches die Schritte aufweist,
Schaffung einer Maske (MS), die ein Schaltungsmuster
hat,
Ausrichtung einer Röntgenstrahlung auf die Maske (MS),
und
Belichtung eines mit Resistmaterial beschichteten
Wafers mit einem Bild der Maske (MS), das unter Nutzung
des Reflexions-Abbildungssystems, das Teil der in einem
vorhergehenden Anspruch enthaltenen Vorrichtung ist,
auf dessen Oberfläche projiziert wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei welchem eine Maske
(MS) vorgesehen ist, deren Muster verzerrt worden ist, um
die restliche Aberration in dem Abbildungssystem zu
kompensieren.
18. Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitereinrichtung, welches die Belichtung eines Wafers unter Nutzung
des Verfahrens gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17 und den
Schritt der Herstellung der Halbleitereinrichtung aus dem
belichteten Wafer aufweist.
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